DE10232152A1

DE10232152A1 - Reliable communications between railway vehicles in a train involves using two antenna pairs of different polarization at both ends of each railway vehicle connected by waveguides

Info

Publication number: DE10232152A1
Application number: DE2002132152
Authority: DE
Inventors: Reiner Dipl.-Phys. Szepan
Original assignee: STEIN GmbH
Current assignee: SZEPAN, REINER, DIPL.-PHYS., 81927 MUENCHEN, DE
Priority date: 2002-07-16
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2004-01-29

Abstract

The reliable communications method involves using two antenna pairs (11-18) of different polarization at both ends of a railway vehicle (1-3) that are directed towards the corresponding antennas of the adjacent railway vehicles and that are connected to the antennas on the same sides at the other end of the same vehicle via waveguides (20,21).

Description

Bei langen Zugverbänden von Schienenfahrzeugen besteht der Bedarf nach einem sicheren Kommunikationssystem zwischen Waggons und dem Antriebsfahrzeug und bei Mehrfachtraktionen auch zwischen den Loks. Neben der Identifizierung der Waggons insbesondere bei Güterzügen sind Informationen über ihren jeweiligen Zustand (zB Lauflagertemperaturen, Ladungszustand, Bremsverhalten) und die Beeinflussung des Bremsverhaltens von Interesse.For long train sets of Rail vehicles are in need of a secure communication system between wagons and the drive vehicle and also with multiple tractions between the locomotives. In addition to the identification of the wagons in particular for freight trains information about their respective status (e.g. barrel temperature, charge status, Braking behavior) and influencing the braking behavior of interest.

Die Kommunikation zwischen Schienenfahrzeugen ist jedoch problematisch. Kabel mit automatischen Steckerkupplungen unterliegen dem Verschleiß und sind schlechterdings in die Zug- und Stoßeinrichtungen von Güterzügen wegen deren Kupplungsspiel zu integrieren. Funkverbindungen sind bei mit den in Europa zugelassenen Modulationsverfahren Störungen und streckenbedingten Unterbrechungen ausgesetzt. Bisherige Versuche der Funkkommunikation zwischen Zug- und Schublok in Zugverbänden weisen nicht die notwendige Sicherheit auf.Communication between rail vehicles is problematic, however. Cable with automatic plug couplings are subject to wear and tear are simply due to the train and push facilities of freight trains to integrate their clutch play. Radio connections are with the modulation procedures disrupted in Europe and route-related interruptions. Previous attempts the radio communication between train and drawer in train groups not the necessary security.

Es ist daher Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zur sicheren Kommunikation zwischen den Schienenfahrzeugen in einem Zugverband zu schaffen, welches die Nachteile der bisherigen Verfahren vermeidet. Die Erfindung ist durch 4 Ansprüche, der nachfolgenden Beschreibung mit 1 und weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen gekennzeichnet.It is therefore an object of this invention to provide a method for secure communication between the rail vehicles in a train set, which avoids the disadvantages of the previous methods. The invention is characterized by 4 claims, the following description 1 and other advantageous embodiments.

Beschreibung:Description:

Das Gleisfahrzeug 2 eines Zugverbandes verfügt über die Antennenpaare 13, 14 und 15, 16 an den Fahrzeugenden, die auf die Antennen 12, 11 bzw 18, 17 der angrenzenden, gleichartig ausgestatteten Gleisfahrzeuge 1, 3 gerichtet sind. Jedes Antennenpaar hat den selben Abstand zueinander, einen einheitlichen Abstand zum Gleis und ist symmetrisch zur Gleismitte 60 angeordnet. Es kommen prinzipiell entweder linear oder zirkular polarisierte Antennen in Frage. Bei einheitlich linear bzw zirkular polarisierten Antennen ist die Polarisation der Antennenpaare 13, 14 bzw 15, 16 gekreuzt bzw gegenläufig, während die diagonal angeordneten Antennen 13,15 bzw 14, 16 des Schienenfahrzeugs jeweils dieselbe Polarisation aufweisen. Die Antenne einer bestimmten Wagenseite hat aus der Aufsicht jedes Fahrzeugendes demnach immer dieselbe Polarisation.The track vehicle 2 a train set has the antenna pairs 13 . 14 and 15 . 16 at the ends of the vehicle, pointing to the antennas 12 . 11 respectively 18 . 17 the adjacent, similarly equipped track vehicles 1 . 3 are directed. Each pair of antennas has the same distance from each other, a uniform distance from the track and is symmetrical to the center of the track 60 arranged. In principle, either linear or circularly polarized antennas come into question. With uniformly linear or circularly polarized antennas, the polarization of the antenna pairs is 13 . 14 respectively 15 . 16 crossed or opposite, while the diagonally arranged antennas 13 . 15 respectively 14 . 16 of the rail vehicle each have the same polarization. From the point of view of each end of the vehicle, the antenna of a certain side of the car therefore always has the same polarization.

Jede Antenne 13, 14 ist jeweils über einen Wellenleiter 20 bzw 21 mit der seitlich zugeordneten Antenne 16 bzw 15 verbunden. An die in Längsrichtung des Gleisfahrzeugs verlaufenden Wellenleiter 20, 21 sind die Richtkoppleranordnungen 30 bzw 31 adaptiert. Diese gestatten den gerichteten Empfang bzw die gerichtete Einspeisung von Hochfrequenz von bzw zur der lokalen Sende-Empfangseinheit (Transceiver) 40 aus bzw in die jeweiligen Wellenleiter 20, 21. Der Transceiver 40 ist mit der Dateneinheit 50 verbunden, welche den lokalen Datentransfer über die Wellenleiter 20, 21 beobachtet, wiederholt und dabei die individuellen Daten des Schienenfahrzeuges einbringen bzw entnehmen kann. Der Datentransfer, hier des Schienenfahrzeuges 2, besteht aus dem redundanten Empfang eines Datenpaketes aus den Wellenleitern 20, 21 von einem angrenzenden Schienenfahrzeug 1, 3. Das Datenpaket wird vom Transceiver 40 gerichtet empfangen, von der Dateneinheit 50 geprüft, ausgewertet und ggf um eigene Daten des betreffenden Schienenfahrzeugs erweitert. Schließlich wird das Datenpaket mit demselben Richtungssinn, mit dem es zuvor empfangen wurde, mittels dem Transceiver 40 in die Wellenleiter 20, 21 eingespeist.Any antenna 13 . 14 is each via a waveguide 20 respectively 21 with the antenna assigned to the side 16 respectively 15 connected. To the waveguides running in the longitudinal direction of the track vehicle 20 . 21 are the directional coupler arrangements 30 respectively 31 adapted. These allow the directional reception or the directional input of radio frequency from or to the local transceiver. 40 from or into the respective waveguide 20 . 21 , The transceiver 40 is with the data unit 50 connected, which is the local data transfer via the waveguide 20 . 21 observed, repeated and can bring in or take out the individual data of the rail vehicle. The data transfer, here the rail vehicle 2 , consists of the redundant reception of a data packet from the waveguides 20 . 21 from an adjacent rail vehicle 1 . 3 , The data packet is from the transceiver 40 directed received from the data unit 50 checked, evaluated and, if necessary, extended with own data of the respective rail vehicle. Finally, the data packet with the same sense of direction with which it was previously received, by means of the transceiver 40 into the waveguide 20 . 21 fed.

Die Sicherheit des erfindungsgegenständlichen Kommunikationsverfahrens begründet sich zunächst auf die enge Kopplung der sich gegenüberstehenden Antennen mit geeigneter Richtcharakteristik 12, 13 bzw 11, 14 bzw 16, 17 und bzw 15, 18. Diese Eigenschaft minderen insbesondere gleichbandige Störeinflüsse erheblich. Mit den Wellenleitern 20 und 21 und den zugeordneten Antennen 13, 16 bzw 14, 15 und deren Ankopplungen an die der Schienenfahrzeuge 1, 3 besteht eine redundante Übertragungsstrecke. Die Polarisationseigenschaften der Antennen erzeugen eine wirksame Dämpfung zu benachbarten Übertragungsstrecken, dies gilt auch für die von Zügen auf den Nachbargleisen in beiden Fahrtrichtungen. Beim Totalausfall der aktiven Kommunikationseinrichtung 40, 50 eines Schienenfahrzeuges (hier 2) bleibt dieses für die Signalübertragung zwischen den Schienenfahrzeugen 1, 3 über die beiden Wellenleiter 20, 21 mit den zugeordneten Antennen 13, 16 bzw 14, 15 transparent.The security of the communication method according to the invention is initially based on the close coupling of the opposing antennas with a suitable directional characteristic 12 . 13 respectively 11 . 14 respectively 16 . 17 and or 15 . 18 , This property significantly reduces interference in the same band in particular. With the waveguides 20 and 21 and the associated antennas 13 . 16 respectively 14 . 15 and their connections to those of the rail vehicles 1 . 3 there is a redundant transmission link. The polarization properties of the antennas create effective attenuation to neighboring transmission links, this also applies to trains on neighboring tracks in both directions. In the event of total failure of the active communication device 40 . 50 a rail vehicle (here 2) remains for the signal transmission between the rail vehicles 1 . 3 over the two waveguides 20 . 21 with the assigned antennas 13 . 16 respectively 14 . 15 transparent.

Für die Signalübertragung mittels Hochfrequenz bietet sich das zulassungsfreie ISM-Band bei 2.4 GHz an, als Transceiver 30 kommen auch handelsübliche Module mit geringer Leistungen zB des Bluetooth-, DECT- oder WLAN-Systems in Frage. Die Eigenschaften der Kanalselektion dieser Übertragungssysteme reduzieren nochmals gleichbandige Störeinflüsse. Das Versagen einer Übertragungsredundanz kann von der Dateneinheit (40) erkannt und kompensiert werden. Die Übertragungszeit wird auch bei sehr langen Güterzügen nicht 10 msec überschreiten. Die Antennen lassen sich vorzugsweise für die zirkulare Polarisation kompakt als Helix ausbilden, die zum Schutz vor mechanischen Beschädigungen unter die Puffer gehängt werden können, während die Wellenleiter 20, 21 aus Coax-Kabel in einem Panzerrohr bestehen können. Die passiven Richtkoppler 30, 31 sind unproblematisch und ausfallsicher. Die Energieversorgung zum Betrieb des Transceivers (40), der Dateneinheit (50) und der Sensoren bzw Aktuatoren des Schienenfahrzeugs kann bei Güterwagen mittels Radgenerator, Windrad oder/und Sonnenkollektor erfolgen und wird nur bei Fahrt benötigt bzw durch einen Akkumulator bereitgestellt.The license-free ISM band at 2.4 GHz is suitable as a transceiver for signal transmission by radio frequency 30 Commercially available modules with low outputs, such as the Bluetooth, DECT or WLAN system, are also suitable. The properties of the channel selection of these transmission systems further reduce the same-band interference. Failure of transmission redundancy can be determined by the data unit ( 40 ) can be recognized and compensated. The transmission time will not exceed 10 msec even with very long freight trains. The antennas can preferably be designed compactly for circular polarization as a helix, which can be hung under the buffers for protection against mechanical damage, while the waveguides 20 . 21 can consist of coax cables in an armored tube. The passive directional couplers 30 . 31 are unproblematic and fail-safe. The energy supply for the operation of the Transceivers ( 40 ), the data unit ( 50 ) and the sensors or actuators of the rail vehicle can be carried out in freight cars by means of a wheel generator, wind turbine and / or solar collector and is only required when driving or provided by an accumulator.

Zumindest während der Fahrt können die Stamm- und Zieldaten eines jeden Waggons des Zugverbunds mittels der erfindungsgegenständliche Kommunikation zB durch eine Vorrichtung auf der Lok gelesen werden. Wenn der Zugverbund einen Zielbahnhof, der automatisch mit GPS ermittelt wird, erreicht hat, dann kann mittels SMS über GMS eine Nachricht über den augenblicklichen Standort und Ladezustand eines jeden Waggons automatisch an den jeweiligen Betreiber abgesetzt werden. Auch ist die Übernahme aktualisierter Destinationen und Dringlichkeit der Ladung für jeden einzelnen Waggon denkbar.At least while driving, the regular and target data of each wagon of the train network by means of the communication object of the invention eg read by a device on the locomotive. If the train network reaches a destination station that is automatically determined with GPS has, then via SMS via GMS a message about the current location and state of charge of each wagon are automatically sold to the respective operator. The takeover is also updated destinations and urgency of cargo for everyone single wagon conceivable.

Claims

The subject matter of the invention Procedure for secure communication between the rail vehicles in the train set is characterized by two pairs of antennas different Polarization at both ends of a rail vehicle, each to the corresponding one of the successive rail vehicles are directed and about waveguides on both sides with the antenna on the same Side of the other end of the same vehicle is connected.

The subject matter of the invention Procedure for secure communication between the rail vehicles in the train set is further characterized according to claim 1, that the waveguides on both sides of the rail vehicle with directional couplers are provided, which is the directional reading or transmission of high-frequency signals enable.

The subject matter of the invention Procedure for secure communication between the rail vehicles in the train association is further according to at least one of the preceding claims characterized in that the transmitted radio frequency signals information about transmit the condition of the rail vehicle or directives handed over to vehicle control.

The subject matter of the invention Procedure for secure communication between the rail vehicles in the train association is further according to at least one of the preceding claims characterized in that the antennas used circularly polarized and over a coax cable is connected to each other as a waveguide.